[发明专利]一种适用于坡路面照明的LED光学系统的设计方法

说明书

本发明公开了一种适用于坡路面照明的LED光学系统，包括中心倾斜透镜(4)、矩形抛物面反射器(5)，以及LED光源(6)；其中：所述矩形抛物面反射器5为上部开口且内表面(3)均为抛物面的中空方体结构，所述中心倾斜透镜(4)可拆卸的安装在所述矩形抛物面反射器(5)的上部开口处；所述中心倾斜透镜(4)为相对水平面倾斜角度为α且外形呈矩形的倾斜透镜。本发明基于倾斜透镜的原理，使LED面光源在坡路面上成像，使LED面光源在目标坡路面内形成均匀的矩形光斑，提高了坡路面的照度均匀性。实现LED光源发出的朗伯分布的光通过LED坡路面照明光学系统在目标坡路面的均匀照明。

技术领域

本发明涉及LED照明的成像光学系统设计技术领域，更具体的说，本发明是一种适用于坡路面照明的LED光学系统的设计方法。

背景技术

由于LED具有体积小、寿命长、光效高、可控性强等特点，使得LED广泛的应用到照明领域。随着大功率LED光源技术的成熟，在道路照明中LED光源的使用要求逐渐提高。针对传统平面道路，采用LED光源实现矩形光斑照明技术较为成熟。针对特殊路面，传统的LED光学系统不能实现良好的照明效果。

如图6～8所示，大部分LED光源的光强分布符合朗伯分布，如果没有经过配光，照到目标面上是一个照度不均匀的圆形光斑，不能满足道路照明尤其是特殊道路照明需求。目前已有的设计方法多为自由曲面透镜设计方法，也有折反混合透镜或全反射透镜设计方法。现有针对特殊道路照明的光学系统设计，在已有的自由曲面准直透镜基础上采用异形槽形透镜进行光学系统设计，能够满足不同弯道的要求，解决传统路灯对弯道不能有效照明的问题。但是针对坡路面的光学系统设计未见报道。坡路面在城市、乡村道路中较为常见的一种道路情况。尤其是在山地城市，一些坡路面的坡路至少为15°甚至更高，坡路为道路中尤其是机动车驾驶的道路中较为危险的路段。在坡路面照明中，采用传统的照明灯具会存在照明道路照度不均匀、上坡过程中司机接收到过多光线导致眩光等现象，成为道路交通安全的隐患。怎样设计可应用在城市、乡村道路中的坡路面照明光学系统是本领域目前急需解决的难题。

发明内容

本发明针对坡路面现有路灯在照明道路照度不均匀、上坡过程中司机接收到过多光线导致眩光等现象，提供一种适用于坡路面照明的LED光学系统，包括中心倾斜透镜、矩形抛物面反射器，以及LED光源；其中：

矩形抛物面反射器为上部开口且内表面均为抛物面的中空方体结构，外轮廓为方体结构的所述中心倾斜透镜可拆卸的覆盖安装在所述矩形抛物面反射器的上部开口处。所述LED光源位于所述矩形抛物面反射器的内底面上，与所述中心倾斜透镜及所述矩形抛物面反射器配合成像于坡路面。

优选的是，所述中心倾斜透镜与所述矩形抛物面反射器的上端口通过镜筒连接。

一种适用于坡路面照明的LED光学系统的设计方法，包括如下步骤：

步骤1，所述中心倾斜透镜的设计；采用适用于坡路面的同步多曲面设计方法进行优化设计；

步骤1.1，确定所述中心倾斜透镜的实体；

步骤1.11，定义LED光源上任意一条出射光线为E₁E₂和其对应的坡路受光面受光线为R₁R₂，中轴oo'与E₁E₂垂直平分，且E₁点发出的边缘光线对应的汇聚到坡路受光面的端点R₂处，E₂点发出的边缘光线对应的汇聚到坡路受光面的端点R₁处；

步骤1.12，选择所述E₁点发出的一条光线r₁在所述中轴oo'上发生折射的点P₀作为所述中心倾斜透镜的上表面上第一点链的起始点；